EP1704014A1 - Schweissanlage und schweissverfahren, bei dem zumindest zwei unterschiedliche schweissprozesse miteinander kombiniert werden - Google Patents

Schweissanlage und schweissverfahren, bei dem zumindest zwei unterschiedliche schweissprozesse miteinander kombiniert werden

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Publication number
EP1704014A1
EP1704014A1 EP04802002A EP04802002A EP1704014A1 EP 1704014 A1 EP1704014 A1 EP 1704014A1 EP 04802002 A EP04802002 A EP 04802002A EP 04802002 A EP04802002 A EP 04802002A EP 1704014 A1 EP1704014 A1 EP 1704014A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
torch
welding process
processes
metal transfer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04802002A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Artelsmair
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fronius International GmbH
Original Assignee
Fronius International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fronius International GmbH filed Critical Fronius International GmbH
Publication of EP1704014A1 publication Critical patent/EP1704014A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0093—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring combined with mechanical machining or metal-working covered by other subclasses than B23K
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
    • B23K9/1675—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode making use of several electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B23K9/1735—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode making use of several electrodes

Definitions

  • the invention relates to a welding system with a welding device with a welding torch unit that can be connected to it via a hose package, wherein at least one control device, a welding current source and optionally a wire feed unit is arranged in the welding device, the welding torch unit comprising at least two separate welding torches for carrying out at least two independent, separate welding processes is trained.
  • the invention relates to a welding method in which at least two different welding processes are combined with one another.
  • welding torch includes a wide variety of conventional welding torches as well as laser torches or the like.
  • all parameters can be set via an input and / or output device on the welding device.
  • An appropriate welding process such as a pulse welding process or a spray arc welding process or a short arc welding process, is selected and the parameters are set accordingly.
  • an appropriate ignition process to ignite the arc. If the welding process is then started, the set welding process, for example a pulse welding process, is carried out after the arc is ignited using the set ignition process.
  • the various parameters such as the welding current, the wire feed speed, etc., can be changed for this selected welding process during the welding process. However, it is not possible to switch to another welding process, for example to a spray arc welding process.
  • the welding process that has just been carried out has to be interrupted, so that a different welding process, for example a spray arc welding process, can be carried out by means of a corresponding new selection or setting on the welding device.
  • EP 1 084 789 A2 describes a method and a device for protective gas hybrid welding in which a laser beam and an electric arc are generated by at least two electrodes under protective gases.
  • WO 2001/38038 A2 relates to a laser hybrid welding torch in which a laser welding process is combined with an arc welding process in order to improve the welding quality and the stability of the welding process.
  • the special arrangement of the individual assemblies with respect to one another is essential, as a result of which the weld pool through the laser beam is combined with the weld pool through the arc welding process to form a common weld pool and thus the stability of the arrangement and the penetration depth of the welding process can be increased.
  • the object of the present invention is to provide a welding system, and a welding process through which the amount of the filler material and the heat or. Energy input into the workpiece can be adjusted as independently as possible.
  • the object according to the invention is achieved by a welding system mentioned above, the first welding torch being designed to carry out a welding process and at least a second welding torch being designed to carry out a cold metal transfer welding process with a forward and backward movement of a welding wire and a device for synchronizing the the at least two welding torches executed welding processes is provided.
  • the cold metal transfer welding process By using the cold metal transfer welding process, the energy and heat input can be reduced, as a result of which only a little additional heat is introduced into the workpiece or the sheets. Furthermore, the gap bridging ability is significantly improved.
  • the welding processes can be optimally coordinated and thus the heat and energy input into the workpiece can be optimally adjusted.
  • different welding wire materials and welding wire diameters can be used and thus the material introduction into the workpiece can be controlled.
  • the object according to the invention is also achieved by an above-mentioned welding method, at least one welding process being formed by a cold-metal transfer welding process, a melting welding wire being moved back and forth and the at least two welding processes being synchronized in time.
  • Figure 1 is a schematic representation of a welding system or a welding device.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a welding device according to the invention
  • FIG. 3 shows current, voltage and movement diagrams of a spray arc and a cold metal transfer welding process
  • Fig. 5 current, voltage and motion diagrams of a pulse and a cold metal transfer welding process
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of a welding device according to the invention
  • FIG. 9-11 schematic representations of various welding devices according to the invention.
  • Fig. 1 is a welding device 1 or a welding system for various processes or procedures, such as MIG / MAG welding or TIG / TIG welding or electrode welding, double wire / tandem welding, plasma or soldering, etc. are shown.
  • the welding device 1 comprises a current source 2 with a power unit 3, a control device 4 and a switching element 5 assigned to the power part 3 or the control device 4.
  • the switching element 5 or the control device 4 is connected to a control valve 6, which is connected in a Supply line 7 for a gas 8, in particular a protective gas, such as CO 2 , helium or argon and the like, is arranged between a gas reservoir 9 and a welding torch 10 or a torch.
  • a wire feeder 11 which is common for MIG / MAG welding, can also be controlled via the control device 4, an additional material or a welding wire 13 from a supply drum 14 or a wire reel in the area of the welding torch via a supply line 12 10 is supplied.
  • the wire feed device 11 it is possible for the wire feed device 11, as it is scanned from the prior art, to be integrated in the welding device 1, in particular in the basic housing, and not as an additional device, as shown in FIG. 1. It is also possible for the wire feed device 11 to feed the welding wire 13 or the filler metal to the process point outside the welding torch 10, with a non-melting electrode preferably being arranged in the welding torch 10, as is customary in TIG / TIG welding.
  • the current for establishing an arc 15, in particular a working arc, between the electrode and a workpiece 16 is fed via a welding line 17 from the power unit 3 of the current source 2 to the torch 10, in particular the electrode, the workpiece 16 to be welded, which consists of several Share is formed via another welding line
  • a circuit can be set up for a process via the arc 15 or the plasma beam formed.
  • a cooling circuit can be used to cool the welding torch 10
  • the welding torch 10 with the interposition of a flow monitor 20 with a liquid container, in particular a water container 21, are connected, whereby when the welding torch 10 is started the cooling circuit 19, in particular a liquid pump used for the liquid arranged in the water container 21, is started and thus cooling of the welding torch 10 can be effected.
  • the welding device 1 also has an input and / or output device 22, by means of which the most varied welding parameters, operating modes or welding programs of the welding device 1 can be set or called up.
  • the welding parameters, operating modes or welding programs set via the input and / or output device 22 are forwarded to the control device 4, from which the individual components of the welding system or the welding device 1 are then controlled or corresponding setpoints for the regulation or control are specified.
  • the welding torch 10 is connected to the welding device via a hose package 23 1 or the welding system.
  • the individual lines from the welding device 1 to the welding torch 10 are arranged in the hose package 23.
  • the hose package 23 is connected to the welding torch 10 via a coupling device 24, whereas the individual lines in the hose package 23 are connected to the individual contacts of the welding device 1 via connection sockets or plug connections. So that a corresponding strain relief of the hose package 23 is ensured, the hose package 23 is connected via a strain relief device 25 to a housing 26, in particular to the base housing of the welding device 1.
  • the coupling device 24 can also be used for the connection to the welding device 1.
  • the welding torch 10 can be designed as an air-cooled welding torch 10.
  • FIGS. 2 to 11 Exemplary embodiments are shown in FIGS. 2 to 11, in which a combination of a welding process with a cold metal transfer welding process is described.
  • a MIG / AG welding process is combined with the cold metal transfer welding process in the exemplary embodiment according to FIGS. 2 to 5.
  • the welding system 27 shown includes the welding device 1 with a welding torch unit 29 connected to it via two hose packs 23, 28.
  • the welding torch unit 29 is formed from at least two independent welding torches 10 and 35, each welding torch 10, 35 with the respective hose pack 23, 28 is connected to the welding device 1, so that all components necessary for a welding process, such as the gas 8, the energy supply, the cooling circuit 19, etc., are sent to the
  • Welding torch unit 29 can be promoted. As already described in FIG. 1, a control device 4, a welding current source 2 and a wire feed unit 30 are arranged in the welding device 1, which are not all shown in FIG. 2.
  • the wire feed unit 30 is shown in FIG Example integrated in the welding device 1 and consists of two supply drums 14, 31 for a welding wire 13, 32, which is conveyed via a drive unit 33, 34 to the welding torches 10, 35 of the welding torch unit 29.
  • Each welding torch 10, 35 of the welding torch unit 29 can additionally have a drive unit 36 (shown schematically in broken lines).
  • the welding torch unit 29 in the exemplary embodiment shown has a common gas nozzle 37 for both welding torches 10, 35.
  • only one power source 2 is provided in the welding device 1 for supplying energy to the welding torch unit 29, and is alternately connected to the respective active welding torch 10, 35.
  • the welding torches 10, 35 arranged in the welding torch unit 29 are controlled via two separately controllable current sources 2 and 38, which are arranged in the welding device 1.
  • the first welding torch 10 is designed to carry out a welding process and the second welding torch 35 is designed to carry out a cold metal transfer welding process.
  • the first welding torch 10 is preferably formed by a MIG / MAG torch.
  • the first welding torch 10 is arranged upstream of the second welding torch 35 in the welding direction.
  • An advantage of this design is that two different welding processes can be carried out with, for example, different wire materials and different wire diameters.
  • root canal ßung ensures better gap bridging ability, as can be achieved by, for example, laterally displacing the at least two welding wires 13.
  • two welding torches 10, 35 or the electrically separated components of welding torches 10, 35 are arranged in one structural unit in the welding torch unit 29, as a result of which two welding methods which work independently of one another can be used.
  • a MAG welding process is combined with a cold metal transfer welding process, as shown in FIGS. 3 to 5 in the form of current, voltage and wire movement diagrams.
  • the lift-arc principle ignition phase 39 is used in the welding methods according to the invention for igniting the arc 15. Since this is a method known from the prior art, it will not be discussed in more detail.
  • the welding wire 13, 32 is advanced until it comes into contact with the workpiece 16, whereupon the welding wire movement is subsequently reversed and the welding wire 13, 32 is returned to a predefined distance 40 from the workpiece 16, whereupon the welding wire movement is reversed again.
  • a defined current level to the welding wire 13, 32 from the time of the short circuit, which is selected such that melting or melting of the welding wire 13, 32 is prevented, the welding wire 13 moves backwards and is lifted off , 32 the ignition of the arc 15 for the two welding wires 13, 32 independently of one another.
  • the MAG welding process is shown in diagrams 41, 42 and 43 and the cold metal transfer welding process is shown in diagrams 44, 45 and 46.
  • the welding current I is increased in a defined manner at a point in time 47 and the welding wire 13 is conveyed in the direction of the workpiece 16. Due to the continuously applied welding current I, a drop 48 forms at the end of the welding wire, which drops depending on the level of the welding current I after a defined period of time Detachable welding wire 13 and forms a drop chain 49. This process is now repeated periodically. The welding wire 13 is thus only conveyed in the direction of the workpiece 16 -arrow 50-, whereas the welding wire 13 is moved back and forth in the cold-metal transfer welding process, as can be seen in the diagram 46.
  • the cold-metal transfer welding process is characterized in that the welding wire 32 performs a movement in the direction of the workpiece 16 -arrow 50- from an initial position, i.e. a distance 40 from the workpiece 16, as is the case from a point in time 47 in diagram 46 can be seen.
  • the welding wire 32 is thus conveyed up to the contact with the workpiece 16 at time 51 in the direction of the workpiece 16, then after formation of a short circuit, the wire feeding is reversed and the welding wire 32 up to the predefined distance 40, that is, preferably again in the starting position, from Workpiece 16 conveyed back.
  • the welding current I is compared to a basic current 52 during the forward movement of the welding wire 32 in the direction of the workpiece 16 -arrow 50- of the arc 15 is defined without substantial melting of the welding wire 32, changed, in particular increased, as can be seen in the diagrams 44 and 45.
  • the current I is thus regulated such that the welding wire 32 melts during the forward movement, that is to say a drop 48 is formed. Due to the immersion of the welding wire 32 in the weld pool (not shown) and the subsequent backward movement of the welding wire 32, the drop 48 formed or the melted material is detached from the welding wire 32.
  • a pulse-like increase in the welding current I can be carried out to support the drop detachment.
  • the wire feed speed it is possible for the wire feed speed to be changed, in particular increased, during the cold metal transfer welding process, for example in order to ensure that the cold metal transfer welding process is carried out more quickly.
  • a pulse welding process is now shown in combination with a cold metal transfer welding process.
  • a first diagram 53 shows a current, time diagram of the pulse welding process
  • a second diagram 54 shows a voltage, time diagram of the pulse welding process
  • a diagram 55 shows a wire movement diagram of the pulse welding process
  • a diagram 56 shows a current, time diagram of a cold -Metal transfer welding process
  • a diagram 57 a voltage, time diagram of the cold metal transfer welding process
  • a diagram 58 a wire movement diagram of the cold metal transfer welding process.
  • pulse welding process after an ignition phase 39, which is again carried out, for example, in the form of the lift-arc principle, forms and closes a drop 48 on the welding wire 13 at a point in time 59 by applying a current pulse, pulse current phase 60 is detached from the end of the welding wire at a time 61.
  • the current I is then reduced to a defined base current 52 - base current phase 62.
  • a cyclic application of the pulse current phase 60 and the basic current phase 62 detaches one drop 48 from the welding wire 13 per pulse current phase 60, as a result of which a defined material transfer takes place to the workpiece 16.
  • the cold-metal transfer welding process is combined with the pulse welding process, the cold-metal transfer welding process not being discussed in detail, since this has already been described in FIGS. 2 to 5.
  • the cold-metal transfer welding process for example, only one current source 2 can be used, which is alternately connected to the welding torch 10, 35 which is currently active.
  • the welding processes can thus be synchronized with one another, for example a simultaneous drop detachment from the welding wire 13, 32 are made possible.
  • the control takes place in such a way that the drop detachment of the pulse welding process takes place synchronously with the drop detachment of the cold metal transfer welding process.
  • a drop 48 in the pulse welding process and a drop 48 in the cold metal transfer welding process are replaced at the same time, see time 61.
  • the drop detachment of the cold metal transfer welding process can, of course, also be controlled at different times from the pulse welding process, in particular during the basic current phase 62 of the pulse welding process, as can be seen in FIG. 5.
  • the combination of the pulse welding process with the cold metal transfer welding process, the cold metal transfer welding process carried out via the second welding torch 35 follows the first welding torch 10 in the welding direction .
  • a major advantage is that the cold-metal transfer welding process introduces significantly less heat and energy into the workpiece 16 and thus, by combining a MIG / MAG welding process with the cold-metal transfer welding process, more welding material with less Increasing the heat input into the workpiece 16 is achieved.
  • the welding device 1 for supplying energy to the welding torches 10, 35 arranged in the welding torch unit 29 has two separately controllable current sources. However, this is not absolutely necessary, since the welding torches 10, 35 can also be controlled by a single power source, the power source being connected alternately with the respectively active welding torch 10, 35.
  • each welding torch 10, 35 has a drive unit 36, as is shown schematically in FIG. 6.
  • the two cold metal transfer welding processes are synchronized with each other, ie that the droplet detachment from the welding wire 13 takes place simultaneously, for example - FIG. 7-, while the drop detachment can of course also be staggered in time, as shown in FIG. 8 is shown schematically.
  • a diagram 63 shows a voltage-time diagram, a diagram 64 a current-time diagram and a diagram 65 a movement diagram of the first cold metal transfer welding process, while a diagram 65, 66 and 67 also show a voltage-time - Show a current-time and a motion diagram of the second cold metal transfer welding process.
  • the welding current I is increased to a limited extent, i.e. a current pulse is applied, which forms the pulse current phase 60, as can be seen from the diagrams of both welding processes in FIG. 7, while in FIG. 8 the second Cold metal transfer welding process is started with a time delay, that is to say delayed by the pulse current phase 60 of the first cold metal transfer welding process.
  • the welding wire 13, 32 is conveyed in the direction of the workpiece 16 -arrow 50- and a drop 48 forms at the end of the welding wire due to the increased welding current.
  • the welding wire 13, 32 is conveyed in the direction of the workpiece 16 until contact 70 with the workpiece 16 and then, ie after the formation of a short circuit, is conveyed back to a starting position, ie the distance 40.
  • the droplet detachment is achieved by immersion in the weld pool (not shown). 8, the welding current I is increased and the pulse current phase 60 is initiated in the delayed, second cold-metal transfer welding process at time 70.
  • the welding current I is reduced to the base current 52 at the time 70 in order to prevent the formation of drops or melting of the welding wire 13, 32 during the base current phase 62, during the base current phase 62 in the second cold metal transfer shown with a delay in FIG. 8 Welding process is again initiated at different times, as can be seen at a point in time 71.
  • the first welding torch 10 as a TIG welding torch, the TIG welding process then being combined with a cold metal transfer welding process, as is shown schematically in FIG. 9.
  • the additional energy source of the TIG welding process can, for example, achieve higher heating and thus melting of the workpiece 16, while the cold-metal transfer welding process results in only a small additional heat input.
  • a non-melting electrode 72 for example a tungsten electrode, is arranged in the first welding torch 10 of the welding torch unit 29 in the region of the gas nozzle 37.
  • the gas nozzle 37 is separate, ie the two welding torches 10, 35 for the two independent, separate welding processes, that is to say the TIG welding process and the cold metal transfer welding process, each have their own gas nozzle 37. Only a thermally and electrically separated gas nozzle 37 is shown. This has the advantage that, for example, different welding gases and thus different gas pressures can be used for the two independent welding processes. This will For example, the quality of the weld seam also increases, since the optimum welding gas for the welding process is used for the respective welding process.
  • the welding wire 13 that is to say the filler material for the TIG welding process, is fed to the welding torch 10 via a pipe 73 and conveyed into the arc 15 of the welding torch 10. Since the TIG welding process represents a welding process known from the prior art, this is not dealt with in more detail in the description. As already mentioned, the TIG welding process combines the cold metal transfer welding process, the cold metal transfer welding process not being discussed in detail, since this is already described in FIGS. 2 to 5.
  • a welding process which is formed by a plasma torch is combined with a cold metal transfer welding process. Since the plasma welding process is already well known from the prior art, a detailed description of the plasma welding process is omitted. It is only mentioned that in the plasma welding process, the arc 15 is ignited in a gas nozzle 74 by means of HF ignition. The arc 15 burns within the gas nozzle 74 and only a hot, ionized plasma jet 75 emerges from the gas nozzle 74. After the ignition phase 39 (not shown), a welding current which is lower than the ignition phase 39 is applied in order to keep the arc 15 upright. The workpiece 16 is melted by the plasma jet 75. The welding wire 13, that is to say the filler material, is also conveyed into the plasma jet 75 through a pipe 73 arranged on the welding torch 10 of the welding torch unit 29. This ensures continuous droplet detachment.
  • the gas nozzle 37 is also possible to design the gas nozzle 37 as a separate gas nozzle 37 when combining the plasma welding process with the cold metal transfer welding process, as already shown in FIG. 9 when combining the TIG welding process with the cold metal -Transfer welding process has been described.
  • the cold-metal transfer welding process is combined with the plasma welding process, the cold-metal transfer welding process not being discussed in more detail because this is already described in FIGS. 2 to 5.
  • a laser unit 76 may be formed instead of the first welding torch 10, the laser unit 76 being combined with the second welding torch 35 for the cold metal transfer welding process in the welding torch unit 29. Such a variant is shown in FIG. 11.
  • the laser unit 76 can also be arranged outside the welding torch unit 29.
  • the weld seam is significantly reduced at a higher welding speed by means of a laser 77 or the laser optics, since the laser beam 78 causes a defined penetration into the workpiece 16 and the cold-metal transfer welding process that follows the prepared seam fills. This means that less precise preparatory work on the weld seam is required, since improved gap bridging is ensured.
  • the cold metal transfer welding process is in turn combined with the laser unit 76, which in this exemplary embodiment forms the welding torch 10.
  • the welding torches 10, 35 are designed such that the welding torches 10, 35 can accommodate different welding wires and welding wire diameters. Thus, when changing the welding wire, there is no need to change the required components for welding wire conveyance, which means that the user does not have to do any conversion work.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schweißanlage (27) mit einem Schweißgerät (1) mit einer an diesem über ein Schlauchpaket (23, 28) anschließbaren Schweißbrennereinheit (29), wobei im Schweißgerät (1) zumindest eine Steuervorrichtung (4), eine Schweißstromquelle (2) und gegebenenfalls eine Drahtfördereinheit (30) angeordnet ist, wobei die Schweißbrennereinheit (29) aus zumindest zwei getrennten Schweißbrennern (10, 35) zur Ausführung zumindest zweier eigenständiger getrennter Schweißprozesse ausgebildet ist, sowie ein Schweißverfahren bei dem zumindest zwei unterschiedliche Schweißprozesse miteinander kombiniert werden. Zur Schaffung einer derartigen Schweißanlage (27) und eines Schweißverfahrens, durch das die Menge der Einbringung des Zusatzwerkstoffes und die Wärme- bzw. Energieeinbringung in das Werkstück (16) möglichst unabhängig voneinander einstellbar ist, ist vorgesehen, dass der erste Schweißbrenner (10) zur Ausführung eines Schweißprozesses und zumindest ein zweiter Schweißbrenner (35) zur Ausführung eines Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses mit einer Vor-Rückbewegung eines Schweißdrahtes (32) ausgebildet ist und dass eine Einrichtung zur Synchronisierung der über die zumindest beiden Schweißbrenner (10, 35) ausgeführten Schweißprozesse vorgesehen ist.

Description

SCHWEISSANLAGE UND SCHWEISSVERFAHREN, BEI DEM ZUMINDEST ZWEI UNTERSCHIEDLICHE SCHWEISSPROZESSΞ MITEINANDER KOMBINIERT WERDEN
Die Erfindung betrifft eine Schweißanlage, mit einem Schweißgerät mit einer an diesem über ein Schlauchpaket anschließbaren Schweißbrennereinheit, wobei im Schweißgerät zumindest eine Steuervorrichtung, eine Schweißstromquelle und gegebenenfalls eine Drahtfördereinheit angeordnet ist, wobei die Schweißbrennereinheit aus zumindest zwei getrennten Schweißbrennern zur Ausführung zumindest zweier eigenständiger getrennter Schweißprozesse ausgebildet ist.
Weiters betrifft die Erfindung ein Schweißverfahren bei dem zumindest zwei unterschiedliche Schweißprozesse miteinander kombiniert werden.
Unter den Begriff „Schweißbrenner" fallen dabei verschiedenste herkömmliche Schweißbrenner sowie auch Laserbrenner oder dergl.
Bei den bekannten Schweißverfahren können über eine Ein- und/oder Ausgabevorrichtung am Schweißgerät sämtliche Parameter eingestellt werden. Dabei wird ein entsprechender Schweißprozess, wie beispielsweise ein Puls-Schweißprozess oder ein Sprühlichtbogen-Schweißprozess oder Kurzlichtbogen-Schweißpro- zess, ausgewählt und es werden die Parameter entsprechend eingestellt. Zusätzlich ist es oftmals möglich, dass noch ein entsprechender Zündprozess zum Zünden des Lichtbogens ausgewählt werden kann. Wird dann der Schweißvorgang gestartet, so wird nach Zündung des Lichtbogens mit dem eingestellten Zündprozess der eingestellte Schweißprozess, beispielsweise ein Puls- Schweißprozess, durchgeführt. Hierbei können während des Schweißvorganges die unterschiedlichen Parameter, wie beispielsweise der Schweißstrom, die Drahtvorschubgeschwindigkeit usw., für diesen ausgewählten Schweißprozess verändert werden. Eine Umschaltung auf einen anderen Schweißprozess, beispielsweise auf einen Sprühlichtbogen-Schweißprozess, ist jedoch nicht möglich. Hierzu muss der gerade durchgeführte Schweißprozess, beispielsweise der Puls-Schweißprozess, unterbrochen werden, so dass durch entsprechende neue Auswahl bzw. Einstellung am Schweißgerät ein anderer Schweißprozess, beispielsweise ein Sprühlichtbogen-Schweißprozess, durchgeführt werden kann. Die EP 1 084 789 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutzgas-Hybrid-Schweißen bei dem ein Laserstxahl und ein elektrischer Lichtbogen durch zumindest zwei Elektroden unter Schutzgase erzeugt wird. Dadurch ist eine erhöhte Einflussmöglichkeit auf den Schweißprozess gegeben, und insbesondere eine verbesserte Automatisierungsmöglichkeit geschaffen, da durch die Erhöhung der Elektrodenzahl der Schweißprozess mehr beeinflusst werden kann und eine gezielte Wärmeeinbringung ermöglicht wird.
Die WO 2001/38038 A2 betrifft einen Laser-Hybrid-Schweißbrenner bei dem ein Laser-Schweißprozess mit einem Lichtbogen-Schweiß- prozess kombiniert wird, um die Schweißqualität und die Stabilität des Schweißprozesses zu verbessern. Dabei ist die spezielle Anordnung der einzelnen Baugruppen zueinander wesentlich, wodurch das Schmelzbad durch den Laserstrahl mit dem Schmelzbad durch den Lichtbogen-Schweißprozess zu einem gemeinsamen Schmelzbad vereint und somit die Stabilität der Anordnung und die Einbrandtiefe des Schweißprozesses erhöht werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Schweißanlage, und eines Schweißverfahrens, durch welche die Menge der Einbringung des Zusatzwerkstoffes und die Wärmebzw. Energieeinbringung in das Werkstück möglichst unabhängig voneinander einstellbar sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine oben genannte Schweißanlage gelöst, wobei der erste Schweißbrenner zur Ausführung eines Schweißprozesses und zumindest ein zweiter Schweißbrenner zur Ausführung eines Kalt-Metall-Transfer- Schweißprozesses mit einer Vor-Rückbewegung eines Schweißdrahtes ausgebildet ist und eine Einrichtung zur Synchronisierung der über die zumindest beiden Schweißbrenner ausgeführten Schweißprozesse vorgesehen ist. Durch die Verwendung des Kalt-Metall- Transfer-Schweißprozesses kann die Energie- und Wärmeeinbringung verringert werden, wodurch nur wenig zusätzliche Wärme in das Werkstück bzw. die Bleche eingebracht wird. Weiters wird, die Spaltüberbrückbarkeit dadurch wesentlich verbessert. Durch die zeitliche Synchronisierung der zumindest zwei Schweißprozesse können die Schweißprozesse optimal aufeinander abgestimmt werden und somit die Wärme- bzw. Energieeinbringung in das Werkstück optimal eingestellt werden. Weiters können verschiedene Schweißdrahtmaterialien und Schweißdrahtdurchmesser eingesetzt werden und somit die Materialeinbringung ins Werkstück gesteuert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 13 beschrieben. Die sich daraus ergebenden Vorteile können aus der Beschreibung bzw. aus dem zuvor beschriebenen Anspruch 1 entnommen werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein oben genanntes Schweißverfahren gelöst, wobei zumindest ein Schweißprozess durch einen Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess gebildet wird, wobei ein abschmelzender Schweißdraht vor und zurück bewegt wird und die zumindest zwei Schweißprozesse zeitlich synchronisiert werden.
Weiter Merkmale werden in den Ansprüchen 15-22 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schweißanlage bzw. eines Schweißgerätes;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schweißgerätes;
Fig. 3 Strom-, Spannungs- und Bewegungsdiagramme eines Sprühlichtbogen- und eines Kalt-Metall-Transfer-Schweißpro- zesses;
Fig. 4 Strom-, Spannungs- und Bewegungsdiagramme eines Puls- und eines Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses ;
Fig. 5 Strom-, Spannungs- und Bewegungsdiagramme eines Puls- und eines Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schweißgerätes;
Fig. 7 Strom-, Spannungs- und Bewegungsdiagramme zweier Ka t-Me- tall-Transfer-Schweißprozesse;
Fig. 8 Strom-, Spannungs- und Bewegungsdiagramme zweier zeitlich versetzter Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesse; und
Fig. 9-11 schematische Darstellungen verschiedener erfindnngs- gemäßer Schweißgeräte.
In Fig. 1 ist ein Schweißgerät 1 bzw. eine Schweißanlage für verschiedenste Prozesse bzw. Verfahren, wie z.B. MIG/MAG- Schweißen bzw. WIG/TIG-Schweißen oder Elektroden-Schweißverfah- ren, Doppeldraht/Tandem-Schweißverfahren, Plasma- oder Lötverfahren usw., gezeigt.
Das Schweißgerät 1 umfasst eine Stromquelle 2 mit einem Leistungsteil 3, einer Steuervorrichtung 4 und einem dem Leistixngs- teil 3 bzw. 'der Steuervorrichtung 4 zugeordneten UmschaltgLied 5. Das Umschaltglied 5 bzw. die Steuervorrichtung 4 ist mit einem Steuerventil 6 verbunden, welches in einer Versorgungsleitung 7 für ein Gas 8, insbesondere ein Schutzgas, wie beispielsweise C02, Helium oder Argon und dergl., zwischen einem Gasspeicher 9 und einem Schweißbrenner 10 bzw. einem Brenner angeordnet ist.
Zudem kann über die Steuervorrichtung 4 noch ein Drahtvorschubgerät 11, welches für das MIG/MAG-Schweißen üblich ist, angesteuert werden, wobei über eine Versorgungsleitung 12 ein Zusatzwerkstoff bzw. ein Schweißdraht 13 von einer Vorratstrommel 14 bzw. einer Drahtrolle in den Bereich des Schweißbrenners 10 zugeführt wird. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Drahtvorschubgerät 11, wie es aus dem Stand der Technik belcannt ist, im Schweißgerät 1, insbesondere im Grundgehäuse, integriert ist und nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, als Zusatzgerät ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass das Drahtvorschubgerät 11 den Schweißdraht 13 bzw. den Zusatzwerkstoff außerhalb des Schweißbrenners 10 an die Prozessstelle zuführt, wobei hierzu im Schweißbrenner 10 bevorzugt eine nicht abschmelzende Elektrode angeordnet ist, wie dies beim WIG/TIG-Schweißen üblich ist.
Der Strom zum Aufbauen eines Lichtbogens 15, insbesondere eines Arbeitslichtbogens, zwischen der Elektrode und einem Werkstück 16 wird über eine Schweißleitung 17 vom Leistungsteil 3 der Stromquelle 2 dem Brenner 10, insbesondere der Elektrode, zugeführt, wobei das zu verschweißende Werkstück 16, welches aus mehreren Teilen gebildet ist, über eine weitere Schweißleitung
18 ebenfalls mit dem Schweißgerät 1, insbesondere mit der Stromquelle 2, verbunden ist und somit über den Lichtbogen 15 bzw. den gebildeten Plasmastrahl für einen Prozess ein Stromkreis aufgebaut werden kann.
Zum Kühlen des Schweißbrenners 10 kann über einen Kühlkreislauf
19 der Schweißbrenner 10 unter Zwischenschaltung eines Strömungswächters 20 mit einem Flüssigkeitsbehälter, insbesondere einem Wasserbehälter 21, verbunden werden, wodurch bei der Inbetriebnahme des Schweißbrenners 10 der Kühlkreislauf 19, insbesondere eine für die im Wasserbehälter 21 angeordnete Flüssigkeit verwendete Flüssigkeitspumpe, gestartet wird und somit eine Kühlung des Schweißbrenners 10 bewirkt werden kann.
Das Schweißgerät 1 weist des weiteren eine Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 auf, über welche die unterschiedlichsten Schweißparameter, Betriebsarten oder Schweißprogramme des Schweißgerätes 1 eingestellt bzw. aufgerufen werden können. Dabei werden die über die Ein- und/oder Ausgabevorrichtung 22 eingestellten Schweißparameter, Betriebsarten oder Schweißprogramme an die Steuervorrichtung 4 weitergeleitet und von dieser werden anschließend die einzelnen Komponenten der Schweißanlage bzw. des Schweißgerätes 1 angesteuert bzw. entsprechende Sollwerte für die Regelung oder Steuerung vorgegeben.
Des weiteren ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Schweißbrenner 10 über ein Schlauchpaket 23 mit dem Schweißgerät 1 bzw. der Schweißanlage verbunden. In dem Schlauchpaket 23 sind die einzelnen Leitungen vom Schweißgerät 1 zum Schweißbrenner 10 angeordnet. Das Schlauchpaket 23 wird über eine Kupplungsvorrichtung 24 mit dem Schweißbrenner 10 verbunden, wogegen die einzelnen Leitungen im Schlauchpaket 23 mit den einzelnen Kontakten des Schweißgerätes 1 über Anschlussbuchsen bzw. Steckverbindungen verbunden sind. Damit eine entsprechende Zugentlastung des Schlauchpaketes 23 gewährleistet ist, ist das Schlauchpaket 23 über eine Zugentlastungsvorrichtung 25 mit einem Gehäuse 26, insbesondere mit dem Grundgehäuse des Schweißgerätes 1, verbunden. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Kupplungsvorrichtung 24 auch für die Verbindung am Schweißgerät 1 eingesetzt werden kann.
Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass für die unterschiedlichen Schweißverfahren bzw. Schweißgeräte 1, wie beispielsweise WIG- Geräte oder MIG/MAG-Geräte oder Plasmageräte nicht alle zuvor benannten Komponenten verwendet bzw. eingesetzt werden müssen. Hierzu ist es beispielsweise möglich, dass der Schweißbrenner 10 als luftgekühlter Schweißbrenner 10 ausgeführt werden kann.
In den Figuren 2 bis 11 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, in welchen eine Kombination eines Schweißprozesses mit einem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess beschrieben wird. Dabei wird im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 bis 5 ein MIG/ AG- Schweißprozess mit dem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert. Die dargestellte Schweißanlage 27 beinhaltet das Schweißgerät 1 mit einer an diesem über zwei Schlauchpakete 23, 28 angeschlossener Schweißbrennereinheit 29. Die Schweißbrennereinheit 29 ist aus zumindest zwei eigenständigen Schweißbrennern 10 und 35 gebildet, wobei jeder Schweißbrenner 10, 35 über das jeweilige Schlauchpaket 23, 28 mit dem Schweißgerät 1 verbunden ist, so dass sämtliche für einen Schweißprozess notwendige Komponenten, wie beispielsweise das Gas 8, die Energieversorgung, der Kühlkreislauf 19 usw., an die
Schweißbrennereinheit 29 gefördert werden können. Im Schweißgerät 1 sind, wie bereits zuvor in Fig. 1 beschrieben, eine Steuervorrichtung 4, eine Schweißstromquelle 2 und eine Drahtfördereinheit 30 angeordnet, welche nicht alle in Fig. 2 dargestellt sind. Die Drahtfördereinheit 30 ist in dem gezeigten Beispiel im Schweißgerät 1 integriert und besteht dabei aus zwei Vorratstrommeln 14, 31 für einen Schweißdraht 13, 32, der über jeweils eine Antriebseinheit 33, 34 an die Schweißbrenner 10, 35 der Schweißbrennereinheit 29 gefördert wird. Jeder Schweißbrenner 10, 35 der Schweißbrennereinheit 29 kann zusätzlich eine Antriebseinheit 36 (strichliert schematisch dargestellt) aufweisen. Weiters weist die Schweißbrennereinheit 29 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Gasdüse 37 für beide Schweißbrenner 10, 35 auf. Dabei ist im Schweißgerät 1 zur Energieversorgung der Schweißbrennereinheit 29 nur eine Stromquelle 2 vorgesehen, welche abwechselnd mit dem jeweiligen aktiven Schweißbrenner 10, 35 verbunden wird. Natürlich ist es auch möglich, dass die in der Schweißbrennereinheit 29 angeordneten Schweißbrenner 10, 35 dabei über zwei getrennt ansteuerbare Stromquellen 2 und 38, welche in dem Schweißgerät 1 angeordnet sind, angesteuert werden.
Auf die Funktionsbeschreibung der einzelnen Baugruppen bzw. Komponenten, wie beispielsweise die Drahtförderung, die Energieversorgung, der Schweißbrenneraufbau, die Einstellung des Schweißgerätes 1 usw. , wird nicht näher eingegangen, da diese bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass bei den dargestellten Ausführungsvarianten der erste Schweißbrenner 10 zur Ausführung eines Schweißprozesses und der zweite Schweißbrenner 35 zur Ausführung eines Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses ausgebildet ist. Bevorzugt wird bei den dargestellten Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 5 der erste Schweißbrenner 10 durch einen MIG/MAG-Brenner gebildet. Dabei ist der erste Schweißbrenner 10 dem zweiten Schweißbrenner 35 in Schweißrichtung gesehen vorge— ordnet. Natürlich ist es auch möglich, den zweiten Schweißbrenner 35 dem ersten Schweißbrenner 10 vorzuordnen, oder die Schweißbrenner 10 und 35 in Längsrichtung der Schweißnaht seitlich voneinander zu versetzen.
Ein Vorteil dieser Ausbildung ist, dass zwei unterschiedliche Schweißprozesse mit beispielsweise unterschiedlichen Drahtmaterialien sowie unterschiedlichen Drahtdurchmessern durchgeführt werden können. Somit ist beispielsweise bei einer Wurzelschwei- ßung eine bessere Spaltüberbrückbarkeit gewährleistet, wie dies durch z.B. seitliches Versetzen der zumindest zwei Schweißdrähte 13 erreicht werden kann.
Wesentlich ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung, dass in der Schweißbrennereinheit 29 zwei von einander getrennte Schweißbrenner 10, 35 bzw. die elektrisch getrennten Komponenten von Schweißbrennern 10, 35 in einer Baueinheit angeordnet sind, wodurch zwei unabhängig voneinander arbeitende Schweißverfahren eingesetzt werden können. Beispielsweise wird ein MAG-Schweiß- prozess mit einem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert, wie dies in den Fig. 3 bis 5 in Form von Strom-, Spannungs- und Drahtbewegungsdiagrammen dargestellt ist. Beispielsweise wird bei den erfindungsgemäß kombinierten Schweißverfahren zum Zünden des Lichtbogens 15 das Lift-Arc- Prinzip (Zündphase 39) verwendet. Da dies ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren ist, wird darauf nicht näher eingegangen. Lediglich wird erwähnt, dass der Schweißdraht 13, 32 bis zur Berührung mit dem Werkstück 16 vorbewegt wird, worauf anschließend die Schweißdrahtbewegung umgekehrt wird und der Schweißdraht 13, 32 auf einen vordefinierten Abstand 40 vom Werkstück 16 zurückgefördert wird, worauf neuerlich die Schweißdrahtbewegung umgekehrt wird. Durch das Beaufschlagen des Schweißdrahtes 13, 32 ab dem Zeitpunkt des Kurzschlusses mit einer definierten Stromhöhe, die so gewählt wird, dass ein An- bzw. Aufschmelzen des Schweißdrahtes 13, 32 verhindert wird, erfolgt bei der Rückwärtsbewegung und beim Abheben des Schweiß- drahtes 13, 32 die Zündung des Lichtbogens 15 für die beiden Schweißdrahte 13, 32 unabhängig voneinander.
In Diagrammen 41, 42 und 43 wird der MAG-Schweißprozess und in Diagrammen 44, 45 und 46 wird der Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess dargestellt.
Dabei wird beim MAG-Schweißprozess nach Abschluss der Zündphase 39 zu einem Zeitpunkt 47 der Schweißstrom I definiert erhöht und der Schweißdraht 13 in Richtung des Werkstückes 16 gefördert. Durch den kontinuierlich angelegten Schweißstrom I bildet sich am Schweißdrahtende ein Tropfen 48 aus, welcher sich je nach Höhe des Schweißstroms I nach einer definierten Zeitdauer vorn Schweißdraht 13 ablöst und eine Tropfenkette 49 bildet. Dieser Vorgang wiederholt sich nunmehr periodisch. Der Schweißdraht 13 wird somit nur in Richtung des Werkstückes 16 -Pfeil 50- gefördert, wogegen beim Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess eine Vor-Rückbewegung des Schweißdrahtes 13 erfolgt, wie dies im Diagramm 46 ersichtlich ist.
Der Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißdraht 32 von einer Ausgangsposition, also einem Abstand 40 vom Werkstück 16, eine Bewegung in Richtung des Werkstückes 16 -Pfeil 50- durchführt, wie dies ab einem Zeitpunkt 47 im Diagramm 46 ersichtlich ist. Der Schweißdraht 32 wird somit bis zur Berührung mit dem Werkstück 16 -Zeitpunkt 51- in Richtung Werkstück 16 gefördert, anschließend nach Bildung eines Kurzschlusses wird die Drahtförderung umgekehrt und der Schweißdraht 32 bis zu dem vordefinierten Abstand 40, also bevorzugt wiederum in die Ausgangsposition, vom Werkstück 16 zurückgefördert. Um eine Tropfenbildung bzw. ein Anschmelzen des Schweißdrahtendes während des Kalt-Metall-Transfer-Schweißpro- zesses zu erreichen, wird während der Vorwärtsbewegung des Schweißdrahtes 32 in Richtung des Werkstückes 16 -Pfeil 50- der Schweißstrom I gegenüber einem Grundstrom 52, der zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens 15 ohne wesentliche Anschmelzung des Schweißdrahtes 32 definiert ist, verändert, insbesondere erhöht, wie dies in den Diagrammen 44 und 45 ersichtlich ist. Somit wird der Strom I derart geregelt, dass bei der Vorwärtsbewegung eine Anschmelzung des Schweißdrahtes 32 stattfindet, also ein Tropfen 48 gebildet wird. Aufgrund des Eintauchens des Schweißdrahtes 32 in das Schmelzbad (nicht dargestellt) und der darauf folgenden Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 32 wird der gebildete Tropfen 48 bzw. das angeschmolzene Material vom Schweißdraht 32 abgelöst. Hierbei ist es selbstverständlich auch möglich, dass zur Unterstützung der Tropfenablöse eine impulsartige Erhöhung des Schweißstromes I durchgeführt werden kann. Weiters ist es möglich, dass während des Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses die Drahtvorschubgeschwindigkeit verändert, insbesondere erhöht wird, um beispielsweise eine schnellere Durchführung des Kalt- Metall-Transfer-Schweißprozesses zu gewährleisten.
Beim MIG/MAG-Schweißprozess des ersten Schweißbrenners 10, ist es auch möglich, dass andere bekannte Schweißverfahren, wie beispielsweise ein Pulsverfahren, ein Kurzschluss-Verfahren usw. eingestellt werden kann. In den dargestellten Diagrammen der Fig. 4 und 5 ist beispielsweise nunmehr ein Puls-Schweißprozess in Kombination mit einem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess dargestellt. Dabei zeigen ein erstes Diagramm 53 ein Strom-, Zeitdiagramm des Puls-Schweißprozesses, ein zweites Diagramm 54 ein Spannungs-, Zeitdiagramm des Puls-Schweißprozesses, ein Diagramm 55 ein Drahtbewegungsdiagramm des Puls-Schweißprozesses, ein Diagramm 56 ein Strom-, Zeitdiagramm eines Kalt-Metall- Transfer-Schweißprozesses, ein Diagramm 57 ein Spannungs-, Zeitdiagramm des Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses und ein Diagramm 58 ein Drahtbewegungsdiagramm des Kalt-Metall-Transfer- Schweißprozesses .
Auf eine detaillierte Beschreibung des Puls-Schweißprozesses wird verzichtet, da dieser bereits aus dem Stand der Technik bestens bekannt ist. Lediglich wird erwähnt, dass der Puls- Schweißprozess nach einer Zündphase 39, welche beispielsweise wieder in Form des Lift-Arc-Prinzips durchgeführt wird, zu einem Zeitpunkt 59 durch Anlegen eines Stromimpulses, -Pulsstromphase 60- ein Tropfen 48 am Schweißdraht 13 gebildet und zu einem Zeitpunkt 61 vom Schweißdrahtende abgelöst wird. Anschließend wird der Strom I auf einen definierten Grundstrom 52 abgesenkt - Grundstromphase 62-. Durch ein zyklisches Anlegen der Pulsstromphase 60 und der Grundstromphase 62 wird pro Pulsstromphase 60 ein Tropfen 48 vom Schweißdraht 13 abgelöst, wodurch eine definierte Materialübergabe auf das Werkstück 16 erfolgt.
Mit dem Puls-Schweißprozess wird in diesem Ausführungsbeispiel der Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert, wobei auf den Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess nicht näher eingegangen wird, da dieser schon in den Fig. 2 bis 5 beschrieben wurde. Durch diese erfindungsgemäße Kombination kann z.B. nur eine Stromquelle 2 eingesetzt werden, welche abwechselnd dem zur Zeit aktiven Schweißbrenner 10, 35 zugeschaltet ist. Natürlich ist es auch möglich, die Schweißprozesse mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Stromquellen 2, 38 anzusteuern. Somit können die Schweißprozesse zueinander synchronisiert werden, also beispielsweise eine zeitgleiche Tropfenablöse vom Schweißdraht 13, 32 ermöglicht werden.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist, dass die Steuerung so erfolgt, dass die Tropfenablöse des Puls-Schweißverfahrens synchron zur Tropfenablöse des Kalt-Metall-Transfer-Schweißverfahrens erfolgt. Somit wird zeitgleich, siehe Zeitpunkt 61, ein Tropfen 48 beim Puls-Schweißverfahren und ein Tropfen 48 beim Kalt-Metall-Transfer- Schweißverfahren abgelöst. Natürlich ist es nicht zwingend notwendig, dass die Tropfenablöse der einzelnen Schweißprozesse gleichzeitig erfolgen uss. Die Tropfenablöse des Kalt-Metall- Transfer-Schweißprozesses kann natürlich auch zeitlich versetzt zum Puls-Schweißprozess gesteuert werden, insbesondere während der Grundstromphase 62 des Puls-Schweißprozesses erfolgen, wie dies in Fig. 5 ersichtlich ist.
Grundsätzlich ist zu erwähnen, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Kombination des Puls-Schweißprozesses mit dem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess, der über den zweiten Schweißbrenner 35 ausgeführte Kalt-Metall-Transfer-Schweißpro- zess dem ersten Schweißbrenner 10 in Schweißrichtung nachgereiht ist. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass beim Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess wesentlich weniger Wärme- und Energieeinbringung in das Werkstück 16 erfolgt und somit durch die Kombination eines MIG/MAG-Schweißprozesses mit dem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess mehr Schweißmaterial bei geringer Erhöhung der Wärmeeinbringung in das Werkstück 16 erreicht wird. Lediglich muss erwähnt werden, dass im Schweißgerät 1 zur Energieversorgung der in der Schweißbrennereinheit 29 angeordneten Schweißbrenner 10, 35 zwei getrennt aήsteuerbare Stromquellen angeordnet sind. Dies ist allerdings nicht zwingend notwendig, da die Schweißbrenner 10, 35 auch von einer einzigen Stromquelle angesteuert werden können, wobei die Stromquelle abwechselnd mit dem jeweilig aktiven Schweißbrenner 10, 35 zusammengeschaltet ist.
Um die Wärmeeinbringung in das Werkstück 16 steuern zu können bzw. weiter zu verringern, ist es auch möglich, dass der erste Schweißbrenner 10 ebenfalls zur Ausführung eines Kalt-Metall- Transfer-Schweißprozesses ausgebildet ist. Lediglich muss erwähnt werden, dass zur Ausführung des Kalt-Metall-Transfer- Schweißprozesses jeder Schweißbrenner 10, 35 eine Antriebseinheit 36 aufweist, wie dies in Fig. 6 schematisch dargestellt ist. Des weiteren sind die beiden Kalt-Metall-Transfer-Schweiß- prozesse zueinander synchronisiert, d.h., dass die Tropfenablöse vom Schweißdraht 13 beispielsweise gleichzeitig erfolgt - Fig. 7-, während die Tropfenablöse natürlich auch zeitlich versetzt zueinander erfolgen kann, wie dies in Fig. 8 schematisch dargestellt ist.
Auf den Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess wird nicht näher eingegangen, da dieser in den zuvor beschriebenen Fig. 2 bis 5 schon ausführlich erläutert wurde. Lediglich wird erwähnt, dass der Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess nach einer Zündphase 39, welche wiederum in Form des Lift-Arc-Prinzips durchgeführt werden kann, gestartet wird, wie dies in den Fig. 7 und 8 schematisch dargestellt ist. Dabei zeigen ein Diagramm 63 ein Spannungs-Zeit-Diagramm, ein Diagramm 64 ein Strom-Zeit-Diagramm und ein Diagramm 65 ein Bewegungsdiagramm des ersten Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses, während ein Diagramm 65, 66 und 67 ebenfalls ein Spannungs-Zeit-, ein Strom-Zeit- und ein Bewegungsdiagramm des zweiten Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses zeigen.
Dabei wird zu einem Zeitpunkt 69 -Ende der Zündphase 39- der Schweißstrom I begrenzt erhöht, also ein Stromimpuls angelegt, welcher die Pulsstromphase 60 ausbildet, wie dies aus den Diagrammen beider Schweißprozesse in Fig. 7 ersichtlich ist, während in Fig. 8 der zweite Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess zeitlich versetzt, also um die Pulsstromphase 60 des ersten Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses verzögert, gestartet wird. Während der Pulsstromphase 60 wird der Schweißdraht 13, 32 in Richtung des Werkstückes 16 gefördert -Pfeil 50- und es bildet sich durch den erhöht angelegten Schweißstrom ein Tropfen 48 am Schweißdrahtende aus. Der Schweißdraht 13, 32 wird bis zur Kon- taktierung mit dem Werkstück 16 zum Zeitpunkt 70 in Richtung Werkstück 16 gefördert, und anschließend, also nach der Bildung eines Kurzschlusses, wieder zurück bis zu einer Ausgangsposition, also dem Abstand 40, gefördert. Die Tropfenablöse wird dabei durch Eintauchen in das Schmelzbad (nicht dargestellt) erreicht. In Fig. 8 wird beim verzögerten, zweiten Kalt-Metall-Transfer- Schweißprozess zum Zeitpunkt 70 der Schweißstrom I erhöht und die Pulsstromphase 60 eingeleitet.
Der Schweißstrom I wird zum Zeitpunkt 70 auf den Grundstrom 52 abgesenkt -Grundstromphase 62-, um eine Tropfenbildung bzw. eine Anschmelzung des Schweißdrahtes 13, 32 zu verhindern, während die Grundstromphase 62 bei dem in Fig. 8 verzögert dargestellten zweiten Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess wiederum zeitlich versetzt eingeleitet wird, wie dies zu einem Zeitpunkt 71 ersichtlich ist.
Natürlich ist es auch möglich, den ersten Schweißbrenner 10 als einen WIG-Schweißbrenner auszubilden, wobei der WIG-Schweißpro- zess dann mit einem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert wird, wie dies in Fig. 9 schematisch dargestellt ist. Somit kann durch die zusätzliche Energiequelle des WIG-Schweiß- prozesses beispielsweise eine höhere Erwärmung und somit Aufschmelzung des Werkstücks 16 erreicht werden, während durch den Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess nur eine geringe zusätzliche Wärmeeinbringung erfolgt. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess über den ersten Schweißbrenner 10 auszuführen, während der WIG-Schweißprozess über den zweiten Schweißbrenner 35 ausgeführt wird, wodurch beispielsweise der Einbrand im Werkstück 16 verringert wird und der WIG-Schweißprozess somit die Schweißnaht glättet, wodurch die Qualität der Schweißnaht erhöht wird.
Dabei ist im ersten Schweißbrenner 10 der Schweißbrennereinheit 29 im Bereich der Gasdüse 37 eine nicht abschmelzende Elektrode 72, beispielsweise eine Wolframelektrode, angeordnet. Die Gasdüse 37 ist in diesem Ausführungsbeispiel getrennt, d.h., dass die zwei Schweißbrenner 10, 35 für die zwei eigenständigen, getrennten Schweißprozesse, also den WIG-Schweißprozess und den Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess, weisen jeweils eine eigene Gasdüse 37 auf. Dabei ist lediglich eine thermisch und elektrisch getrennte Gasdüse 37 dargestellt. Dies hat zum Vorteil, dass beispielsweise für die zwei eigenständigen Schweißprozesse unterschiedliche Schweißgase und somit auch unterschiedliche Gasdrucke verwendet werden können. Dadurch wird beispielsweise auch die Qualität der Schweißnaht erhöht, da für den jeweiligen Schweißprozess das für den Schweißprozess optimale Schweißgas verwendet wird. Der Schweißdraht 13, also der Zusatzwerkstoff für den WIG-Schweißprozess, wird über ein Rohr 73 dem Schweißbrenner 10 zugeführt und in den Lichtbogen 15 des Schweißbrenners 10 gefördert. Da der WIG-Schweißprozess einen aus dem Stand der Technik bekannten Schweißprozess darstellt, wird auf diesen in der Beschreibung nicht näher eingegangen. Mit dem WIG-Schweißprozess wird, wie zuvor schon erwähnt, der Kalt- Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert, wobei auf den Kalt- Metall-Transfer-Schweißprozess nicht näher eingegangen wird, da dieser schon in den Fig. 2 bis 5 beschrieben wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 wird ein Schweißprozess, welcher durch einen Plasma-Brenner gebildet ist mit einem Kalt- Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert. Da der Plasma- Schweißprozess bereits aus dem Stand der Technik bestens bekannt ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung des Plasma-Schweißprozesses verzichtet. Lediglich wird erwähnt, dass beim Plasma- Schweißprozess mittels einer HF-Zündung der Lichtbogen 15 in einer Gasdüse 74 gezündet wird. Der Lichtbogen 15 brennt innerhalb der Gasdüse 74 und lediglich ein heißer, ionisierter Plasmastrahl 75 tritt aus der Gasdüse 74 aus. Nach der Zündphase 39 (nicht dargestellt) wird ein gegenüber der Zündphase 39 niedrigerer Schweißstrom angelegt, um den Lichtbogen 15 aufrecht zu halten. Durch den Plasmastrahl 75 erfolgt eine AufSchmelzung des Werkstücks 16. In den Plasmastrahl 75 wird des weiteren noch der Schweißdraht 13, also der Zusatzwerkstoff, durch ein an dem Schweißbrenner 10 der Schweißbrennereinheit 29 angeordnetes Rohr 73 gefördert. Somit wird eine kontinuierliche Tropfenablöse erreicht.
Natürlich ist es auch möglich, die Gasdüse 37 bei der Kombination des Plasma-Schweißprozesses mit dem Kalt-Metall-Transfer- Schweißprozess als getrennte Gasdüse 37 auszuführen, wie dies bereits in Fig. 9 bei der Kombination des WIG-Schweißprozesses mit dem Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess beschrieben wurde. Mit dem Plasma-Schweißprozess wird in diesem Ausführungsbeispiel der Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert, wobei auf den Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess nicht näher eingegangen wird, da dieser schon in den Fig. 2 bis 5 beschrieben wird.
Natürlich ist es auch möglich, dass anstelle des ersten Schweißbrenners 10 eine Lasereinheit 76 gebildet ist, wobei die Lasereinheit 76 mit dem zweiten Schweißbrenner 35 für den Kalt- Metall-Transfer-Schweißprozess in der Schweißbrennereinheit 29 kombiniert ist. Eine derartige Variante ist in Fig. 11 dargestellt. Natürlich kann die Lasereinheit 76 auch außerhalb der Schweißbrennereinheit 29 angeordnet werden.
Vorteilhaft bei dieser Ausbildung ist, dass mittels eines Lasers 77 bzw. der Laseroptik die Schweißnaht bei höherer Schweißgeschwindigkeit wesentlich verkleinert wird, da durch den Laserstrahl 78 ein definierter Einbrand in das Werkstück 16 erfolgt und der nachgereihte Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess die vorbereitete Naht auffüllt. Somit wird ein weniger genaues Vorarbeiten der Schweißnaht benötigt, da eine verbesserte Spaltüberbrückbarkeit gewährleistet ist. Mit der Lasereinheit 76, welche in diesem Ausführungsbeispiel den Schweißbrenner 10 ausbildet, wird wiederum der Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess kombiniert .
Zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen muss lediglich noch erwähnt werden, dass die Schweißbrenner 10, 35 so ausgebildet sind, dass die Schweißbrenner 10, 35 unterschiedliche Schweißdrähte und Schweißdrahtdurchmesser aufnehmen können. Somit ist bei einem Schweißdrahtwechsel kein Wechsel der benötigten Bauteile zur Schweißdrahtförderung von Nöten, wodurch für den Benutzer keinerlei Umrüstarbeiten anfallen.

Claims

Patentansprüche :
1. Schweißanlage (27) mit einem Schweißgerät (1) mit einer an diesem über ein Schlauchpaket (23, 28) anschließbaren Schweißbrennereinheit (29) , wobei im Schweißgerät (1) zumindest eine Steuervorrichtung (4), eine Schweißstromquelle (2) und gegebenenfalls eine Drahtfördereinheit (30) angeordnet ist, wobei die Schweißbrennereinheit (29) aus zumindest zwei getrennten Schweißbrennern (10, 35) zur Ausführung zumindest zweier eigenständiger getrennter Schweißprozesse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schweißbrenner (10) zur Ausführung eines Schweißprozesses und zumindest ein zweiter Schweißbrenner (35) zur Ausführung eines Kalt-Metall-Transfer- Schweißprozesses mit einer Vor-Rückbewegung eines Schweißdrahtes (32) ausgebildet ist, und dass eine Einrichtung zur Synchronisierung der über die zumindest beiden Schweißbrenner (10, 35) ausgeführten Schweißprozesse vorgesehen ist.
2. Schweißanlage (27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schweißbrenner (10) durch einen MIG/MAG-Brenner gebildet ist.
3. Schweißanlage (27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schweißbrenner (10) durch einen WIG-Brenner gebildet ist.
4. Schweißanlage (27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schweißbrenner (10) durch einen Plasma-Brenner gebildet ist.
5. Schweißanlage (27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schweißbrenner (10) ebenfalls zur Ausführung eines Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses ausgebildet ist.
6. Schweißanlage (27) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schweißbrenner (10) durch eine Laser-Einheit (76) gebildet ist, die mit dem zweiten Schweißbrenner (35) für den Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess in der Schweißbrennereinheit (29) kombiniert ist.
7. Schweißanlage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schweißbrenner (10) dem zweiten Schweißbrenner (35) in Schweißrichtung vorgeordnet ist.
8. Schweißanlage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schweißgerät (1) zur Energieversorgung der Schweißbrennereinheit (29) zwei getrennt ansteuerbare Stromquellen (2, 38) angeordnet sind.
9. Schweißanlage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schweißgerät (1) zur Energieversorgung der Schweißbrennereinheit (29) nur eine Stromquelle (2) angeordnet ist, die abwechselnd mit dem jeweiligen aktiven Schweißbrenner (10, 35) zusammengeschalten ist.
10. Schweißanlage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schweißbrenner (10, 35) eine gemeinsame Gasdüse (37) aufweisen.
11. Schweißanlage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schweißbrenner (10, 35) der Schweißbrennereinheit (29) in Längsrichtung der Schweißnaht, also der Schweißrichtung, seitlich zueinander versetzt sind.
12. Schweißanlage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, • dass die Schweißdrähte (13, 32) der zumindest zwei Schweißbrenner (10, 35) unterschiedliche Materialien aufweisen.
13. Schweißanlage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißdrähte (13, 32) der zumindest zwei Schweißbrenner (10, 35) unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
14. Schweißverfahren, bei dem zumindest zwei unterschiedliche Schweißprozesse miteinander kombiniert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schweißprozess durch einen Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozesses gebildet wird, wobei ein abschmelzender Schweißdraht vor- und zurückbewegt wird, und dass die zumindest zwei Schweißprozesse zeitlich synchronisiert werden.
15. Schweißverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweißprozess durch einen MIG/MAG-Schweißprozess gebildet wird.
16. Schweißverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweißprozess durch einen WIG-Schweißprozess gebildet wird.
17. Schweißverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweißprozess durch einen Plasma-Schweißprozess gebildet wird.
18. Schweißverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schweißprozesse durch einen Kalt-Metall- Transfer-Schweißprozesses gebildet werden.
19. Schweißverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweißprozess durch einen Laser-Schweißprozess gebildet wird.
20. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess dem oder den anderen Schweißprozess (en) in Schweißrichtung nacheilt.
21. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindets zwei Schweißprozesse mit abschmelzendem Schweißdraht zeitlich so synchronisiert werden, dass die Tropfenablöse der Schweißdrähte der zumindest zwei Schweißprozesse gleichzeitig erfolgt.
22. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindets zwei Schweißprozesse mit abschmelzendem Schweißdraht zeitlich so synchronisiert werden, dass die Tropfenablöse des Schweißdrahtes eines Schweißprozesses zeitlich versetzt zur Tropfenablöse des oder der anderen Schweißprozesse (s) erfolgt.
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